宽线采集观测系统参数对信噪比影响作用分析

闫小伟++李远娟++刘海波++吴杰++徐松

摘 要：宽线地震勘探在含油气盆地评价和新区前期勘探中表现着重要作用，特别是在山前带复杂区域取得了较好的成果。采用宽线地震勘探时，在保证地震资料品质的前提下，优化观测系统的各种参数，减少采集成本和提高采集效率是宽线地震资料采集系统设计中重点研究的问题。本文在采用3线3炮采集的观测系统的基础上，围绕提高信噪比这一主题，利用定量化计算信噪比值，依次探讨宽线观测系统的炮点线数、接收点线数、覆盖次数等参数对资料信噪比的影响。四川WX地区观测系统设计的研究结果表明：在同样的覆盖次数下，增加接收线数来提高信噪比要比增加炮点数提高信噪比效用更为显著；增长覆盖次数会提升信噪比，但也会加强某些其他干扰，所以，综合考虑资料品质特征与采集成本大小，宽线勘察的覆盖次数一般选为单线覆盖次数的3～6倍较为适合，通过其他区域验证，证实此次界限也是可以的。

关键词：宽线地震勘探；观测系统；信噪比；覆盖次数；频谱估算法

中图分类号：P631.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0119-03

宽线地震勘探是介于二维和三维地震勘探之间的一种勘探方法，它较于二维勘探具有高覆盖次数，强抗干扰能力，接受更多射线路径的反射等优点；相比于三维勘探，具有通过邻道叠加，提高资料信噪比，炮点位置选择范围广，大组合能更好地压制其他一些干扰，成本低等优点。在复杂山地等区域地震勘探中起了较大的作用。复杂地质条件下，地腹结构复杂，地层倾角大，断层十分发育，地震波传播路径复杂，剖面成像效果差，资料信噪比低，二维地震勘探无法满足当地勘探要求，在考虑成本高低基础上，宽线地震勘探成为一种更好的方式，通过加大叠加面元，增加覆盖次数来压制噪声，提高资料信噪比[1-4]。

優化观测系统，最主要是要在保证地震资料好坏的条件下，如何减少采集成本和提升采集效果。因此，在我们的研究中，始终以地震资料信噪比这一主题，从地震资料信噪比定量化评价入手，对于宽线采集系统的各种主要参数对地震资料品质的影响进行了分析[5]。

本文主要利用四川WX地区的宽线地震勘探采集系统设计资料，采用信噪比定量化计算技术，通过对宽线观测系统的几个重要参数（包含炮线数、接收线数、覆盖次数等）对资料信噪比的作用依次进行分析，为宽线观测系统的参数选择提供依据，得出了研究区宽线采集系统的最好参数，并在实际中获得了使用，取得良好效果。

1 信噪比估算方法

当前计算信噪比的方式有很多，主要包括能量叠加法、频谱估算法、功率谱估算法、相关法等，本文主要利用频谱估算法对信噪比进行计算。该方式假设地震信号拥有特定的频带限度（优势频率），太高和太低的频率是噪声；关于随机噪声，其可认为幅值较小、在频带内分布均匀。所以，若能确定信号频带界限，就能估算出信号和噪声的能量，从而近似算出的信噪比。具体的做法是：先估算整个记录的频谱，然后给定一个阀值，以此来界定信号和噪声的界限，进而计算信号的功率谱和能量，最后算出信噪比[6]。

若考虑低频和高频噪声，不考虑有效频带内的噪声，信噪比可用下式直接计算：

（1）

其中：SNR1-信噪比；fH-有效频带最高频率；fL-有效频带最低频率；X（f）-不同频率所对应的能量。

若考虑随机噪声，则先估计随机噪声的分布密度，然后把随机噪声的能量从信号能量总去除，在估计信噪比，即：

（2）

其中：SNR2-信噪比；fH-有效频带最高频率；fL-有效频带最低频率；X（f）-不同频率所对应的能量；f1-随机噪声的最高频率；f2-随机噪声的最低频率。

2 接收线数与炮线数对信噪比的影响

为验证接收线数与炮线数对信噪比的影响，选择四川WX区域3炮3线观测系统的地震资料验证说明。观测系统的炮线与接收线两者是重叠的，炮点线和接收点线互换的间隔是相当的，是以可认为交换后资料有对比性。选择1线3炮和3线1炮的地震数据进行处理，在同样的覆盖次数、不同接收点线和炮点线的剖面进行比较图1所示。

图1是1线3炮和3线1炮的宽线剖面，定性上比较剖面的标注的目的层反射波同相轴，3线1炮剖面的反射波同相轴的相连性、信噪比和背部噪声都高于1线3炮。对实际资料进行分析选取有效信号频带范围为15-40Hz，噪声信号频带范围为8-52Hz，利用公式（2）进行计算得出1线3炮和3炮1线剖面信噪比曲线图2所示。图2是1线3炮和3线1炮剖面信噪比分析，选取其信噪比平均值作为阀值，即信噪比阈值为2.5，从定量上看，在频率为10-35Hz的范围内信噪比为增长趋势，但3线1炮剖面的信噪比总体高于1线3炮。所以，在地震资料数据和覆盖次数相同的环境下，添加接收线比添加炮点数对信噪比的改观效果更显著。

3 覆盖次数对信噪比的影响分析

对照WX区域不同覆盖次数的宽线叠加剖面来看（图3椭圆框所示），覆盖次数为120次时，信噪比最低；覆盖次数为360次时，背部噪声变弱，信噪比获得提高；逐次提高覆盖次数看出，覆盖次数为480次和600次时剖面信噪比都得到了显著提高；覆盖次数为720次相对覆盖次数为600次覆盖的信噪比又得到了提高，表现为背部噪声得到压制；覆盖次数为2400次时信噪比进一步得到了提高，主要表现在背部噪声被压制的越发干净，但有效反射波同相轴分辨率没有的到明显提高；此时，近地表的某些次生干扰得到加强，干扰了弱反射有效信号。

图4为WX区域不同覆盖次数叠加剖面的中深层（2s-3s）信噪比分析，从图中来看信噪比总体随着覆盖次数的提高而提高，对实际资料进行分析选取有效信号高频信号为36Hz，低频信号为23Hz，噪声信号的高频信号为42Hz，低频信号为13Hz，利用公式（2）计算出不同覆盖次数叠加剖面信噪比曲线（图4所示）。通过计算得出不同覆盖次数叠加剖面的信噪比，选取信噪比平均值为信噪比阈值，即拟定信噪比阈值为2。从（图4a）看出不同覆盖次数剖面信噪比跟着覆盖次数的增长而增长，在频率为10-40Hz范围内信噪比总体为增长趋势，但覆盖次数为120次时信噪比最低，360次以上覆盖的信噪比有所增加，但增加缓慢，720次以上覆盖次数信噪比的增加极为缓慢，若考虑采集成本，再增大覆盖次数信噪比的提高已非常缓慢，没有太大的意义，而且也会产生一些次声干扰（如图3正方形框）。深层低信噪比部分（3s以下）（图4b所示），信噪比整个为下降趋势，提高覆盖次数对于增加信噪比已经没有什么意义。该区域单线覆盖次数为120次。

通过以上分析及考虑资料品质和采集成本，宽线覆盖次数选为单线覆盖次数的3～6倍，由于涉及保密协议和其他因素的干扰未能将其它地区的资料呈现上来，但此次采集参数在四川川东北等其它地区的应用验证了这次的实际采集效果和适用范围也是适用的。因此，证明这次的范围也是可以适用的。同时可以肯定，宽线采集在低信噪比地区和地表复杂的干扰发育地区地震勘探中发挥的重要作用。

4 结语

本文在3线3炮观测系统的基础上进行处理，得出以下结论：

（1）通过地震资料的分析表明，在覆盖次数一样的情况下，增加观测系统的接收点线数对于改善信噪比的效果要比增加激发点线数的效果好。（2）利用宽线观测系统主要是通过横向上的叠加来增长覆盖次数，以实现增加信噪比的目的，但是，增长覆盖次数在增加信噪比的同时也会加强某些此生干扰。可见对于地质情况极为复杂的低信噪比地区，不能始终依靠增长覆盖次数来处理资料质量问题。为选择较为合适的覆盖次数，考虑资料质量和采集成本，宽线覆盖次数选为单线覆盖次数的3～6倍，通过其他区域的测验，证实此次界限也是可以的。（3）由于涉及保密协议和其它因素的干扰未能将其它地区的资料呈现上来，但此次采集参数在四川川东北等其它地区的应用验证了这次的实际采集效果和适用范围也是适用的。因此，证明这次的范围也是可以适用的。同时可以肯定，宽线采集在低信噪比地区和地表复杂的干扰发育地区地震勘探中发挥的重要作用。

参考文献：

[1]罗仁泽，黄元溢，曾俊峰.寬线大组合地震接收原理及实践[J].天然气技术与经济，2010（6）：21-23.

[2]杜忠东，邓述全，汪兴业.黄土塬非纵地震勘探技术及其应用[J].石油地球物理勘探，2010（S1）：35-38.

[3]刘依谋，梁向豪，黄有晖.库车坳陷复杂山地宽线采集技术及应用效果[J].石油物探.2008（4）：418-424.

[4]王栋，贺振华，孙建库.宽线大基距组合技术在喀什北区块复杂山地的应用[J].石油物探，2010（6）：606-610.

[5]徐辉，韩文功，单联瑜.基于实际地震资料的覆盖次数和信噪比关系分析[J].石油物探，2011（2）：182-186.

[6]张军华.地震资料信噪比定量计算及方法比较[J].石油地球物理勘探，2009（4）：481-486.